芘功能化二嵌段共軛聚合物的協(xié)同組裝及其在有機(jī)太陽能電池中的研究.pdf

1、近年來,有機(jī)太陽能電池因其質(zhì)量輕、柔性強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。但其器件光電轉(zhuǎn)換率低,性能不穩(wěn)定制約了其在商業(yè)化上的發(fā)展。為了提高有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性,可從兩個(gè)方面進(jìn)行,一是設(shè)計(jì)合成新的給體和受體材料以調(diào)控活性層的形貌,另一個(gè)就是對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,如界面層等。針對以上兩個(gè)方面,本文合成具有相同基團(tuán)的給體和受體材料以及高導(dǎo)電性的復(fù)合材料,分別對活性層形貌進(jìn)行調(diào)控和對器件性能進(jìn)行優(yōu)化。主要內(nèi)容如下:

2、　　本文首先證明了一個(gè)非常簡易的形成穩(wěn)定和有序 BHJ納米形貌的方法。文章中成功合成了新穎的芘(Py)-功能化二嵌段共聚物聚3-己基噻吩-b-聚3-(10-(1-芘)癸氧基)噻吩(P3HT-b-P3TPy)和芘(Py)-功能化富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸芘酯(PCBPy)。功能化富勒烯和P3TPy段之間Py基團(tuán)相互交叉堆疊的π-π作用可以使P3HT-b-P3TPy與PCBPy進(jìn)行協(xié)同組裝,并且Py基團(tuán)的定向作用也可以提高分

3、子的排例。與常態(tài)和熱處理相比,溶劑退火中膜的緩慢生長可以促進(jìn) P3HT-b-P3TPy:PCBPy的協(xié)同組裝。值得注意的是,微觀結(jié)構(gòu)的組裝很大程度上取決于聚噻吩鏈間的相互作用與Py基團(tuán)相互作用之間的競爭。共聚物中P3TPy段比例低時(shí),共混物的形貌與P3HT:PCBM的相類似。然而,Py基團(tuán)的量達(dá)到一定程度時(shí)則趨向于P3HT-b-P3TPy和PCBPy分子間的π-π相互堆疊作用。因此,P3HT-b-P3TPy(3/1)和PCBPy在異質(zhì)結(jié)

4、界面處形成了有序的納米線結(jié)構(gòu),其區(qū)域大小約為10-20 nm,這剛好可以擴(kuò)大給受體界面面積和提供電子-空穴傳輸雙連續(xù)通道以利于電荷的有效傳輸。此外, P3HT-b-P3TPy和PCBPy間協(xié)同組裝可有效地抑制PCBPy的相分離,從而提高共混物形貌的穩(wěn)定性。
　　然后,重新合成了二嵌段聚合物聚3-己基噻吩-b-聚3-(10-(1-芘)癸氧基)噻吩(P3HT-b-P3TPy),通過其芘基團(tuán)與單壁碳納米管的π-π堆疊作用使聚合物負(fù)載在碳